package com.shm.leetcode;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

/**
 * @author: shm
 * @dateTime: 2020/10/15 9:44
 * @description: 116. 填充每个节点的下一个右侧节点指针
 * 给定一个完美二叉树，其所有叶子节点都在同一层，每个父节点都有两个子节点。二叉树定义如下：
 *
 * struct Node {
 *   int val;
 *   Node *left;
 *   Node *right;
 *   Node *next;
 * }
 * 填充它的每个 next 指针，让这个指针指向其下一个右侧节点。如果找不到下一个右侧节点，则将 next 指针设置为 NULL。
 *
 * 初始状态下，所有 next 指针都被设置为 NULL。
 *
 * 示例：
 *
 * 输入：{"$id":"1","left":{"$id":"2","left":{"$id":"3","left":null,"next":null,"right":null,"val":4},"next":null,"right":{"$id":"4","left":null,"next":null,"right":null,"val":5},"val":2},"next":null,"right":{"$id":"5","left":{"$id":"6","left":null,"next":null,"right":null,"val":6},"next":null,"right":{"$id":"7","left":null,"next":null,"right":null,"val":7},"val":3},"val":1}
 *
 * 输出：{"$id":"1","left":{"$id":"2","left":{"$id":"3","left":null,"next":{"$id":"4","left":null,"next":{"$id":"5","left":null,"next":{"$id":"6","left":null,"next":null,"right":null,"val":7},"right":null,"val":6},"right":null,"val":5},"right":null,"val":4},"next":{"$id":"7","left":{"$ref":"5"},"next":null,"right":{"$ref":"6"},"val":3},"right":{"$ref":"4"},"val":2},"next":null,"right":{"$ref":"7"},"val":1}
 *
 * 解释：给定二叉树如图 A 所示，你的函数应该填充它的每个 next 指针，以指向其下一个右侧节点，如图 B 所示。
 *
 * 提示：
 *
 * 你只能使用常量级额外空间。
 * 使用递归解题也符合要求，本题中递归程序占用的栈空间不算做额外的空间复杂度。
 */
public class Connect {
    public Node connect(Node root) {
        if(root==null){
            return root;
        }
        Queue<Node> queue = new  LinkedList<>();
        queue.add(root);
        while (!queue.isEmpty()){
            int size = queue.size();
            Node pre = null;
            while (size>0){
                Node poll = queue.poll();
                if (poll.left!=null){
                    queue.offer(poll.left);
                }
                if (poll.right!=null){
                    queue.offer(poll.right);
                }
                if (pre!=null){
                    pre.next=poll;
                }
                pre = poll;
                size--;
            }
        }
        return root;
    }

    /**
     * @author: shm
     * @dateTime: 2020/10/15 10:34
     * @description: 方法二：使用已建立的 \text{next}next 指针
     * 思路
     *
     * 一棵树中，存在两种类型的 next 指针。
     *
     * 第一种情况是连接同一个父节点的两个子节点。它们可以通过同一个节点直接访问到，因此执行下面操作即可完成连接。
     *
     * Java
     *
     * node.left.next = node.right
     *
     * 第二种情况在不同父亲的子节点之间建立连接，这种情况不能直接连接。
     *
     * 如果每个节点有指向父节点的指针，可以通过该指针找到 next 节点。如果不存在该指针，则按照下面思路建立连接：
     *
     * 第 NN 层节点之间建立 next 指针后，再建立第 N+1N+1 层节点的 next 指针。可以通过 next 指针访问同一层的所有节点，因此可以使用第 NN 层的 next 指针，为第 N+1N+1 层节点建立 next 指针。
     *
     * 算法
     *
     * 从根节点开始，由于第 00 层只有一个节点，所以不需要连接，直接为第 11 层节点建立 next 指针即可。该算法中需要注意的一点是，当我们为第 NN 层节点建立 next 指针时，处于第 N-1N−1 层。当第 NN 层节点的 next 指针全部建立完成后，移至第 NN 层，建立第 N+1N+1 层节点的 next 指针。
     *
     * 遍历某一层的节点时，这层节点的 next 指针已经建立。因此我们只需要知道这一层的最左节点，就可以按照链表方式遍历，不需要使用队列。
     *
     * 两种类型的 next 指针。
     *
     * 第一种情况两个子节点属于同一个父节点，因此直接通过父节点建立两个子节点的 next 指针即可。
     *
     * Java
     *
     * node.left.next = node.right
     *
     *
     * 第二种情况是连接不同父节点之间子节点的情况。更具体地说，连接的是第一个父节点的右孩子和第二父节点的左孩子。由于已经在父节点这一层建立了 next 指针，因此可以直接通过第一个父节点的 next 指针找到第二个父节点，然后在它们的孩子之间建立连接。
     *
     * Java
     *
     * node.right.next = node.next.left
     *
     *
     * 完成当前层的连接后，进入下一层重复操作，直到所有的节点全部连接。进入下一层后需要更新最左节点，然后从新的最左节点开始遍历该层所有节点。因为是完美二叉树，因此最左节点一定是当前层最左节点的左孩子。如果当前最左节点的左孩子不存在，说明已经到达该树的最后一层，完成了所有节点的连接。
     *
     * 复杂度分析
     *
     * 时间复杂度：O(N)O(N)，每个节点只访问一次。
     *
     * 空间复杂度：O(1)O(1)，不需要存储额外的节点。
     * 作者：LeetCode-Solution
     * 链接：https://leetcode-cn.com/problems/populating-next-right-pointers-in-each-node/solution/tian-chong-mei-ge-jie-dian-de-xia-yi-ge-you-ce-2-4/
     */
    public Node connect_2(Node root) {
        if(root==null){
            return root;
        }
        Node leftMost = root;
        while (leftMost.left!=null){
            Node head = leftMost;
            while (head!=null){
                //1
                head.left.next = head.right;
                //2
                if (head.next!=null){
                    head.right.next = head.next.left;
                }
                head=head.next;
            }
            leftMost=leftMost.left;
        }
        return root;
    }

    class Node {
        public int val;
        public Node left;
        public Node right;
        public Node next;

        public Node() {}

        public Node(int _val) {
            val = _val;
        }

        public Node(int _val, Node _left, Node _right, Node _next) {
            val = _val;
            left = _left;
            right = _right;
            next = _next;
        }
    };
}

